Diffractie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Computersimulatie van het lichtpatroon gemaakt met laserlicht (663 nm, rood) dat op een rechthoekige opening valt van 20 bij 20 micrometer. Het scherm staat 1 meter achter de opening. De grootte van het patroon is 30 bij 30 cm.
Diffractie van een golf door twee spleten. Het licht uit de spleten interfereert en versterkt elkaar in verschillende ordes m = 0, 1, 2 die optreden bij verschillende hoeken θ (theta) van uittredende lichtbundels
Diffractie door een vierkant gat.
Diffractie door een rond gat geeft een patroon van concentrische ringen.

Diffractie is het afbuigen van een golf langs een ondoordringbaar obstakel. Meestal gaat het om de zijdelingse verbreding door interferentie van een golf die een opening in een ondoordringbaar scherm passeert.

Gevolg van golfvoortplanting[bewerken]

Diffractie is een kenmerkend effect van golfvoortplanting: bijvoorbeeld geluidsgolven, lichtgolven en andere elektromagnetische golven (röntgendiffractie), en deeltjesgolven zoals elektronen (elektronendiffractie), neutronen (neutronendiffractie) en atomen. Het is waarneembaar als de afmetingen van de obstakels niet groot zijn ten opzichte van de golflengte. De afbeelding toont twee relatief nauwe spleten in een scherm, waarachter de golven alle richtingen op buigen. Naarmate de openingen breder zijn, kan de golfvoortplanting steeds beter met stralentheorie beschreven worden, zodat we spreken van geometrische optica.

Toepassing[bewerken]

Diffractie wordt op verschillende manieren gebruikt:

  • diffractie van lichtgolven aan een tralie wordt in de spectroscopie gebruikt om golven van verschillende golflengten van elkaar te scheiden.
  • diffractie van golven met een golflengte die ongeveer even groot is als de afstand tussen atomen kan worden gebruikt om de structuur van kristallijne materialen (kristalstructuur) op te helderen. Hiervoor wordt röntgendiffractie, neutronendiffractie en elektronendiffractie gebruikt.
  • diffractie van geluid is een alledaags verschijnsel. De frequenties van geluidstrillingen zijn van de orde van 1000 Hz, zodat hun golflengte van de orde van 0,1 à 1 m is. Het geluid vertoont bij alle voorwerpen van die afmetingen diffractie. Daarom zullen van een geluidsbron de hoge tonen altijd het gemakkelijkst afgeschermd kunnen worden.

De kleuren die verschijnen als gebundeld licht op een CD valt worden ook veroorzaakt door diffractie: een CD gedraagt zich als een reflectietralie.

De afbeeldingsscherpte van een optisch systeem zoals een objectief of een telescoop wordt wegens de eindigheid van de golflengte altijd door diffractie begrensd. Zie hiervoor ook het artikel over de Airy-schijf.

Theorie[bewerken]

Een algemene, 'strenge' diffractietheorie werd opgezet door Augustin-Jean Fresnel. Die theorie maakt gebruik van de Fresnelintegraal. Deze strenge theorie is sindsdien aanzienlijk uitgewerkt, waaraan meestal zeer gecompliceerde wiskunde te pas komt.
Bij buiging binnen afmetingen die groot zijn ten opzichte van de Rayleighafstand is de eenvoudiger theorie van Joseph von Fraunhofer toepasbaar. Deze maakt gebruik van de Fouriertransformatie in een tweedimensionaal afbeeldingsvlak.

Fresneldiffractie, Fraunhoferdiffractie[bewerken]

Als de invallende lichtbundel divergeert, dat wil zeggen vanuit een nabijgelegen bron komt, spreekt men van Fresneldiffractie. Komt het licht van een ver weg gelegen bron, zodat de bundel evenwijdig is, dan spreekt men van Fraunhoferdiffractie.

Zie ook[bewerken]